Interaction efficace entre les réseaux rapides et le stockage distribué dans les grappes de calcul

National audienceLes applications parallèles s'exécutant sur les grappes nécessitent à la fois des communications performantes entre les différents noeuds et des accès efficaces au système de stockage. Nous proposons dans ce travail d'améliorer les performances du stockage distribué dans les grappes en utilisant au mieux le réseau haute performance sous-jacent. Nous montrons que les besoins du stockage sont très différents de ceux du calcul parallèle et proposons différentes solutions pour résoudre, les problèmes liés au contrôle du réseau mais montrons qu'il est nécessaire de modifier l'interface de programmation réseau et le système d'explotation pour venir à bout des difficultés liées au transfert de données. Des expérimentations montrent qu'elles permettent une utilisation aisée et efficace des réseaux rapides dans le cadre du stockage distribué

Adaptation du modèle FEEDBACK pour évaluer les propriétés neutroniques d'un nouveau cœur CANDU-SCWR en géométrie hexagonale

Le projet de recherche proposé ici s’inscrit dans le cadre du programme de recherche international portant sur les réacteurs de quatrième génération. Premièrement, ce projet étend les domaines d’applicabilité de la chaîne de calcul de coeur DRAGON/DONJON aux réacteurs à eau supercritique en étudiant l’impact de la présence du thorium (distribué avec du plutonium) dans le combustible et l’impact des transitoires de puissances sur les bases de données du calcul de réacteur. Le modèle FBM, implémenté dans la chaîne DRAGON/DONJON pour la simulation des réacteurs CANDU, est adapté et appliqué aux réacteurs CANDU-SCWR. Deuxièmement, il optimise les options du design du réacteur en analysant la faisabilité d’un modèle alternatif CANDU-SCWR compact basé sur la géométrie hexagonale tout en satisfaisant les objectifs fixés par le programme de réacteurs de quatrième génération. Lors de l’adaptation du modèle FBM, une attention particulière a été portée aux paramètres locaux associés au combustible et au caloporteur. D’abord, l’effet de variation de la puissance de grappe sur les paramètres neutroniques de la cellule et du coeur est étudié. Cet effet est associé à la variation de la concentration isotopique de l’isotope fissile du combustible, à savoir l’uranium 233. Pour évaluer correctement la concentration de l’uranium de chaque grappe, la méthode de calcul utilisée consiste à résoudre les équations isotopiques associées à la chaîne d’évolution du thorium à l’étape de calcul du coeur. Cette méthode est utile pour simuler le rechargement du combustible par batch et à l’arrêt du réacteur. Elle permet de simuler les transitoires de puissances subies par la grappe à la mise en marche du réacteur. Ensuite, les effets de variation des paramètres thermohydrauliques associés au combustible et au caloporteur (la température et la densité) sont vérifiés et analysés. Il a été observé que les calculs de coeur CANDU-SCWR avec les modifications apportées au modèle FBM sont satisfaisants pour la simulation des perturbations des paramètres locaux de la grappe. Pour proposer un modèle de coeur alternatif au modèle de coeur standard, des calculs de transport à l’échelle de la cellule et des calculs de diffusion du coeur entier sont réalisés. Les calculs de cellule avec les codes SERPENT et DRAGON permettent d’obtenir un premier aperçu des propriétés de la cellule hexagonale considérée lors de la conception du modèle du coeur compact. De plus, à partir des caractéristiques du réseau hexagonal, il a été possible d’optimiser une cellule hexagonale alternative permettant de réduire le volume du modérateur (en le remplacant par le caloporteur) et d’améliorer les paramètres neutroniques de la cellule.----------Abstract The research project proposed here is carried out as part of the Generation IV international program. First, this project extends the applicability of the DRAGON/DONJON computational core chain to supercritical water reactors. It studies the impact of the presence of thorium (distributed with plutonium) in the fuel and the impact of power transients on the reactor databases. Hence, the FBM model basically implemented to simulate CANDU reactors is modified and applied to the CANDU-SCWR reactors. Second, it optimizes the reactor design options by analyzing the feasibility of an alternative compact CANDU-SCWR model based on hexagonal geometry while fulfilling the objectives set by the Generation IV reactor program. When modifying the FBM model, a particular attention was paid to the local parameters associated with the fuel and coolant. First, the effect of the bundle power on the neutronic parameters of the cell and the core is studied. Such an effect is attributed to the variation in the isotopic concentration of the fissile isotope of the fuel, namely uranium 233. To assess properly the uranium concentration of each bundle of the core, the isotopic equations of the thorium evolution chain, implemented in the DRAGON code, are solved using the diffusion flux calculated by DONJON. This method is useful for simulating the reactor shutdown for batch refueling. It allows simulating the power transients encountered by the bundle when the reactor is started up. Then, the effects of variation in the thermal-hydraulic parameters associated with the fuel and coolant (temperature and density) are reviewed and analyzed. It was observed that the CANDU-SCWR core calculations made with FBM model revisions are satisfactory for predicting perturbations of his bundle’s local parameters. To propose an alternative core model to the regular one, cell transport calculations and diffusion calculations of the full core are performed. The cell calculations with SERPENT and DRAGON codes provide a first outline of the properties of the hexagonal cell considered when designing the compact core model. Moreover, based on the hexagonal grid features, it was possible to optimize an alternative hexagonal cell that would reduce the moderator volume (by replacing it with the coolant) and improve the cell’s neutron parameters. Then, the full core calculations are performed with the FBM model to evaluate the performance of the core model associated with this cell. For the simulation of this new model, an alternative refueling scheme has been successfully implemented to reduce the channel power peaking factor

Un langage dédié à l'administration d'infrastructures virtualisées

Avec l émergence de l informatique dans les nuages, la capacité d hébergement des centres de données ne cesse d augmenter afin de répondre à une demande de plus en plus forte. La gestion,appelée l administration, d un centre de données entraîne des opérations fréquentes sur des machines virtuelles (VM) ainsi que sur des serveurs. De plus, chaque VM hébergée possède des besoins spécifiques au regard de sa qualité de service, de ses ressources et de son placement qui doit être compatible avec les mécanismes de tolérance aux pannes et la configuration ré-seau. Les outils de l Infrastructure As A Service tels que Open Nebula et Vmware vSphere simplifient la création et le déploiement de VM. Cependant, l administration d une infrastructure virtualisée repose encore sur des changements manuels décidés par les administrateurs. Cette approche n est plus pertinente pour la gestion d infrastructures virtualisées de milliers de VM. En effet, les administrateurs ne peuvent pas manipuler des ensembles importants de VM tout en assurant la compatibilité des reconfigurations exécutées avec les besoins des VM. De nouvelles approches d administration d infrastructures proposent l automatisation de certaines tâches d administration. L outil décrit dans ce document utilise des langages dédiés pour ré-pondre aux besoins d administration infrastructures virtualisées de taille conséquente. Dans un premier temps, l outil propose aux administrateurs des opérations d introspection pour observer l organisation des ressources déployées sur l infrastructure et les reconfigurations habituelles comme le démarrage, l arrêt et le redémarrage de VM et de serveurs. Dans un second temps les administrateurs définissent le placement des VM à partir de règles de placement. À partir de ces règles, l outil d administration vérifie chaque reconfiguration et chaque ajout de règles exécutés par l administrateur. Si une reconfiguration ou une règle est invalide,l outil détecte un conflit et avertit l administrateur de l échec de l opération. L outil d administration, à l aide d algorithmes d ordonnancement peut calculer un plan de reconfigurations résolvant les conflits. Ces algorithmes peuvent aussi être utilisés pour mettre en place des politiques d ordonnancement comme la consolidation ou l équilibrage de charge.With the emergence of cloud computing, the hosting capacity of the data centers has been continuously growing to support the non stop increasing clients demand. Managing a data center implies to regularly manipulate both virtual machines (VM) and servers. Each hosted VM has specific expectations regarding its quality of service, its resource requirements and its placement that may be compatible with fault tolerance mechanisms and the networking configuration. Infrastructure As A Service solutions such as Open Nebula and VMWare vSphere extremely simplify creations and deployments of VM but virtualized infrastructure management is still relying on manual changes on the environment. This approach is no longer compatible with an infrastructure composed of thousand of VM. Indeed, a system administrator can not manipulate a large set of VMinsuring that its reconfigurations are compatible with the expected VM requirements. This situation has led to new approaches for the infrastructure management employing automation to replace the traditional manual approach. The tool described in this document deals with VM management from Domain Specific Languages. On the one hand, this tool proposes to administrators introspection operations to monitor the infrastructure resources and common reconfigurations including starting, halting, rebooting, of serversand VM. On the other hand, administrators define the VM placement from placement rules. Then, the system checks, according to active rules, the validity of all reconfigurations and rules performed by administrators. If a reconfiguration or a rule is invalid, the administrative tool detects conflicts and warns administrators. To resolve a conflict, the system, by interacting with scheduling algorithms, computes a reconfiguration plan that satisfies all rules.The reconfiguration plan can also apply scheduling policies as consolidation or load balancing with respect to placement rules.NANTES-ENS Mines (441092314) / SudocSudocFranceF

Communications à hautes performances portables en environnements hiérarchiques, hétérogènes et dynamiques

Cette thèse a pour cadre les communications dans les machines para llèles dans une optique de calcul haute-performance. Les évolutions du matériel ont rendu nécessaire les adaptations des logiciels destinés à exploiter les machines parallèles. En effet, les architectures de type “grappes” sont maintenant très répandues et l'apparition des grilles de calcul complique encore plus la situation car l'obtention des hautes performances passe par une exploitation des différents réseaux rapides disponibles et une prise en compte de la hiérarchie intrinsèque des configurations considérées. Au niveau applicatif, de nouvelles exigences émergent comme la dynamicité. Or, ces aspects sont trop souvent partiellement traités, en particulier dans les implémentations du standard de programmation par passage de messages MPI. Les solutions existantes se concentrent sur la hiérarchie et l'hétérogénéité ou la dynamicité, exceptionnellement les deux. En ce qui concerne les premiers aspects, des simplifications conduisent à une exploitation suboptimale du matériel potentiellement disponible. Nous avons analysé des implémentations existantes de MPI et avons proposé une architecture répondant aux besoins formulés. Cette architecture repose sur une forte interaction entre communications et processus légers et son coeur est constitué par un moteur de progression des communications qui permet d'améliorer substantiellement les mécanismes existants. Les deux éléments logiciels fondamentaux sont une bibliothèque de processus légers (Marcel) ainsi qu'une couche générique de communication (Madeleine). L'implémentation de cette architecture a débouché sur le logiciel MPICH-Madeleine, utilisé ou évalué par plusieurs équipes et projets de recherche en France comme à l'étranger. L'évalution des performances (comparaisons avec Madeleine, mesures des opérations point-à-point, noyaux applicatifs) menée avec plusieurs réseaux haut-débit sur des grappes homogènes de machines multi-processeurs et les comparaisons avec MPICH-G2 ou PACX-MPI en environnement hétérogène démontrent que MPICH-Madeleine atteint des résultats de niveau similaire voire supérieur à ceux d'implémentations spécialisées de MPI.This thesis targets communication within parallel computers with an emphasis on highperformance computing. The software exploiting parallel computers had to adapt to their evolutions. Indeed, architectures such as PC clusters are now widespread and the emergence of grids tends to add new levels of complexity since high-performance can be obtained through exploitating the different high-speed networks available as well as taking into account the inherent hierarchy of the configurations. And as far as applications are concerned, new functionalities are also required, such as dynamicity. Those aspects are far too often neglected or partially tackled in existing implementations of the message passing standard, that is, MPI. Current solutions do focus on hierarchy and heterogeneity or on dynamicity, rarely both and regarding the first aspects, some simplifications do not lead to a full exploitation of the underlying hardware. We have analyzed existing MPI implementations and have proposed an architecture that answers the needs we pointed out. This architecture relies on a strong interaction between threads and communication and its core is build above a progression engine that improves existing mechanisms. The two key elements used are a user-level thread library (Marcel) and generic communication library (Madeleine). The implementation of this architecture, MPICH-MAdeleine, is used or evaluated by several research groups, both french and foreign. The performance assessment carried out with several high-speed networks in both homogenous and heterogenous environments shows that MPICHMadeleine's performance level is equal or superior to that of the software it challenges

Analyse, conception et réalisation d'un environnement pour le pilotage et la visualisation en ligne de simulations numériques parallèles

Le domaine de la simulation interactive ou computational steering a pour but d'améliorer le processus de simulation numérique (modélisation, calcul, analyse) en le rendant plus interactif. Dans cette approche, le scientifque n'attend plus passivement les résultats de la simulation ; il peut visualiser « en ligne » l'évolution des données calculées et peut interagir à tout moment en modifiant certains paramètres à la volée ou plus généralement en pilotant le déroulement des calculs. Un tel outil peut s'avérer très utile pour la compréhension des phénomènes physiques modélisés et la détection d'erreurs dans le cas de simulations longues. L'objectif de cette thèse est de concevoir et de développer une plate-forme logicielle, appelée EPSN (Environnement pour le Pilotage des Simulations Numériques), permettant de piloter une application numérique parallèle en s'appuyant sur des outils de visualisation eux-mêmes parallèles. En d'autres termes, il s'agit de mettre au service des scientifiques les capacités de la visualisation parallèle et plus largement de la réalité virtuelle (environnement immersif, murs d'images), une étape aujourd'hui cruciale pour la conception et l'exploitation de simulations numériques complexes en vraie grandeur. La mise en œuvre d'un couplage efficace entre simulation et visualisation soulève deux problèmes majeurs, que nous étudions dans cette thèse et pour lesquels nous souhaitons apporter une contribution : le problème de la coordination efficace des opérations de pilotages en parallèle et le problème de la redistribution pour des données complexes (grilles structurées, ensembles de particules, maillages non structurés).The computational steering is an effort to make the typical simulation work-flow (modeling, computing, analyzing) more efficient, by providing online visualization and interactive steering over the on-going computational processes. The online visualization appears very useful to monitor and to detect possible errors in long-running applications, and the interactive steering allows the researcher to alter simulation parameters on-the-fly and to immediately receive feedback on their effects. Thus, the scientist gains an additional insight in the simulation regarding to the cause-and-effect relationship. The purpose of this thesis is to design and to develop a software environment, called EPSN (Environment for the Steering of Parallel Numerical Simulations) that enables to steer parallel simulations with visualization systems that can be parallel as well. In other words, we want to provide an environment that can bene_t from immersive virtual reality technology (e.g. tiled display wall) and that might help scientists to better grasp the complexity of real-life simulations. Such a coupling between parallel numerical simulations and parallel visualization systems raises two crucial issues we investigate in this thesis: the problem of parallel coordination of steering operations and the problem of data redistribution of complex objects such as structured grids, particle set and unstructured meshes

Transition numérique et pratiques de recherche et d’enseignement supérieur en agronomie, environnement, alimentation et sciences vétérinaires à l’horizon 2040.

Pour citer ce document:Barzman M. (Coord.), Gerphagnon M. (Coord.), Mora O. (Coord.),Aubin-Houzelstein G., Bénard A., Martin C., Baron G.L, Bouchet F., Dibie-Barthélémy J., Gibrat J.F., Hodson S., Lhoste E., Moulier-Boutang Y., Perrot S., Phung F., Pichot C., Siné M., Venin T. 2019. Transition numérique et pratiques de recherche et d’enseignement supérieur en agronomie, environnement, alimentation et sciences vétérinaires à l’horizon 2040.INRA, France, 161pagesTransition numérique et pratiques de recherche et d’enseignement supérieur en agronomie, environnement, alimentation et sciences vétérinaires à l’horizon 2040

Gestion énergétique d’une infrastructure de charge intelligente de véhicules électriques dans un réseau de distribution intégrant des énergies renouvelables.

Energy and environmental crisis have prompted the government to take strong measures to stimulate energy transition and accelerate green growth. In this context, electric vehicles (EVs) are considered as a real solution to deal with the current problems. Their integration into the electrical system promotes distribution system operators to develop smart solutions in this field. Concerning the Smart Grids concept, the present work aims to provide answers to a wide range of questions for demand side management program using plug-in EVs charging strategies. The first section of this PhD project, presents a methodology to assess technical and economic impacts of EVs charging on Medium and Low voltage distribution networks. Afterwards, analyses about the competitive EVs load management ancillary services are conducted in the third chapter. By comparing potential and opportunities of each ones, three ancillary services for electricity market contribution were selected. In this context, a methodology for designing energy management strategies is proposed. The latter is applied to the selected ancillary services to assess the financial contribution of the developed strategies. Environmental aspects and Wind-to-Vehicle concept are also evaluated. Furthermore, thanks to a co-simulation interface, the interactions between supervision strategies and real distribution networks are analyzed. The last section presents a Hardware-in-the-loop demonstrator using a real time simulator, smart meters and EVs charging stations. Through experiments, communication constraints and Smart Grids principles are evaluated and validated.La crise énergétique et environnementale ont promu le gouvernement à prendre des mesures vigoureuses pour stimuler la transition énergétique et accélérer la croissance verte. Dans cette politique, les véhicules électriques (VE) constituent à terme une réelle réponse aux problématiques actuelles. Leur insertion dans le système électrique a poussé l’ensemble des acteurs et notamment les gestionnaires de réseaux de distribution à privilégier une modernisation des réseaux électriques. Assimilée à la thématique des Smart Grids, la thèse vise à apporter des éléments de réflexion au concept de la gestion de la demande appliquée aux VE. La première partie de ce travail expose une méthodologie d’évaluation de l’impact technico-économique des VE sur les réseaux de distribution HTA/BTA. Ensuite, pour soulever cette problématique, une prospection des services du pilotage de charge orientés réseaux et marché est menée en deuxième partie. Une démarche d’analyse des pistes de valorisation a permis de dégager les services à forte contribution économique. A ce titre, une méthodologie de conception de stratégies de supervision optimisées est proposée. Son application a permis de tirer des conclusions sur la valorisation financière et environnementale des effacements de charges de VE. Les résultats de simulation sont employés pour une étude de rentabilité technico-économique. Ensuite, le comportement des réseaux de distribution face aux algorithmes de supervision est étudié par une approche de co-simulation. Enfin, les principes Smart Grids sont analysés et validés via des expérimentations réalisées sur un démonstrateur hybride interfaçant un simulateur temps réel avec du matériel physique